Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Литология и полезные ископаемые палеогена Воронежской антеклизы

ВАК РФ 04.00.21, Литология

Текст научной работыДиссертация по геологии, кандидата геолого-минералогических наук, Бартенев, Владимир Кириллович, Воронеж

ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи БАРТЕНЕВ ВЛАДИМИР КИРИЛЛОВИЧ

литология и полезные ископаемые палеогена воронежской антеклизы

Специальность 04.00.21 - «Литология»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Научный руководитель:

доктор геолого-минералогических наук,

профессор А.Д. Савко

Воронеж, 1999

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение 3 Глава 1. Краткие сведения об истории изученности палеогеновых

отложений 8

Глава 2. Литология и фации палеогеновых отложений 16

2.1. Сумская свита 18

2.2. Каневская свита 36

2.3. Бучакская свита 53

2.4. Киевская свита 67

2.5. Харьковская свита 86

2.6. Полтавская серия 95 Глава 3. Минеральные ассоциации, генезис и перспективы практического использования глин киевской свиты 111 Глава 4. Цеолитоносность палеогеновых отложений 125

4.1. Цеолитсодержащие породы сумской свиты 126

4.2. Цеолитсодержащие каневской свиты 130

4.3. Цеолитсодержащие породы бучакской свиты 131

4.4. Цеолитсодержащие породы киевской свиты 134

4.5. Распределение и фациальный анализ целитоносных пород 136

4.6. Генезис цеолитов 139

4.7. Анализ возможностей практического использования цеолитов 142 Глава 5. Охры в палеогеновых отложениях 146

5.1. Охры полтавской серии 146

5.2. Охры верхнекиевской подсвиты 167

5.3. Охры нижнекиевской подсвиты 173

5.4. Генезис охр 179 Заключение 186 Литература 189

ВВЕДЕНИЕ

На территории Воронежской антеклизы сосредоточены важнейшие народнохозяйственные объекты горнодобывающей, металлургической, аграрной, химической, электроэнергетической и ряда других отраслей, в том числе многие предприятия стройиндустрии. Обеспечение полноценной деятельности столь обширного комплекса разноотраслевых производств вызывает необходимость не только восполнения запасов минерально-сырьевых ресурсов, но и поисков новых нетрадиционных видов сырья, в особенности нерудного, в котором наиболее остро нуждаются сельское хозяйство и строительство. В связи с транспортными и экологическими проблемами представляют интерес не только крупные, но и с относительно небольшими запасами месторождения, рассредоточенные по административным центрам областного подчинения. По тем же причинам первоочередное внимание должно уделяться изучению неглубокоза-легающих пород, доступных для открытой разработки в простых горнотехнических условиях.

Одним из благоприятных объектов для поисков различных полезных ископаемых в регионе являются палеогеновые отложения. Изучению их всегда уделялось пристальное внимание, многие исследователи в той или иной мере затрагивали и вопросы прогнозной оценки и поисков полезных ископаемых. В этом плане заслуживает быть выделенной монография В.П.Семенова «Палеоген Воронежской антеклизы», изданная в 1965 году. Она явилась первой работой, в которой наряду с решением вопросов стратиграфии палеогеновых отложений в масштабе региона на основе палеогеографических реконструкций был дан прогноз полезных ископаемых. Вместе с тем вопросы минералогии, вещественного состава и частично условий образования пород, особенно глинистых, составляющих до 50% разреза, во многом остались нерешенными из-за недостаточного применения в то время точных методов исследований. Поэтому в «Заключении» В.П.Семенов указал, что «основная цель дальнейшего изучения палеогеновых отложений Воронежской антеклизы - качественная и количестванная

оценка слагающих пород и сопровождающих минералогических ассоциаций для выяснения возможностей комплексного использования их как полезных ископаемых». Это возможно только на основе комплексного изучения палеогеновых отложений с привлечением всех доступных современных методов исследований, чем и занимался автор настоящей работы. Ее целью являлось установление закономерностей формирования и перспектив практического использования глинистых и генетически с ними связанных пород палеогена (охры, цеолиты). Диссертантом были изучены также алевритово-песчаные породы, но в данной работе они подробно не рассматриваются .

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

I. Составить фациальные карты масштаба 1:200000 по всем стратиграфическим подразделениям палеогена, принятым в основу при проведении геолого-съемочных и поисково-разведочных работ.

II. Провести комплексное исследование глин и глинистой составляющей песков и алевритов с выделением минеральных ассоциаций и границ их развития.

III. Установить пространственные и возрастные границы распространения и факторы формирования цеолитсодержащих пород палеогена.

IV. Определить генезис глинистых охр, локализующихся на разных стратиграфических уровнях.

Автором защищаются следующие положения:

1. Формирование палеогеновых отложений происходило в морских условиях при различных гидродинамических режимах, что определило многообразие литологических типов пород. На распределение фаци-альных зон и состав осадков определяющее влияние оказывало Воро-нежско-Щигровско-Кантемировское поднятие.

2. В глинах киевской свиты, имеющих аутигенно-терригенный генезис, по качественному и количественному соотношению породообразую-

щих минералов выделяются 13 минеральных ассоциаций и это предопределяет широкий спектр их практического использования.

3. Установлены пространственные и возрастные границы распространения цеолитов группы гейландита, образовавшихся на стадии диагенеза за счет продуктов разложения терригенных минералов, неустойчивых в щелочной среде.

4. Залежи глинистых охр, локализующиеся на трех стратиграфических уровнях в разных районах, имеют постседиментационную природу. Их образование обусловлено пигментацией глин гетитом на окислительных барьерах в местах разгрузки подземных вод.

Обоснование первого защищаемого положения приведено во второй главе, второго - в третьей, третьего - в четвертой и четвертого - в пятой.

Научная новизна работы. В результате проведения комплекса литологиче-ских исследований впервые для территории Воронежской антеклизы построены фациальные карты масштаба 1:200 ООО, являющиеся основой прогноза поисков полезных ископаемых в палеогеновых отложениях. Для региона КМА выполнены карты распределения минеральных ассоциаций глинистой составляющей отложений каневской и бучакской свит, нижнекиевской и верхнекиевской под-свит. На основе детального литологического изучения глинистых охр установлена эпигенетическая природа процессов ожелезнения глин на всех возрастных уровнях. Выявлено широкое развитие цеолитов гейландитовой группы в отложениях сумской, каневской, бучакской свит и нижнеканевской подсвите, а также обосновано формирование этих минералов в диагенетическую стадию преобразования осадка вне связи с пироксластическим материалом. Показаны возможности практического использования некоторых видов глинистого сырья и цеолитов.

Практическая ценность и реализация работы. Материалы литологического изучения палеогеновых отложений, проводимых автором настоящей работы с 1974 года, неоднократно передавались в виде производственных, научно-тематических отчетов, отдельных рекомендаций по договорам о творческом со-

дружестве в различные геологические организации ПГО Центргеология, в НИИ КМА (г.Губкин), в Воронежские лесотехнический, сельскохозяйственный и строительный институты, в «Воронежоблагропром». На площадях, рекомендованных для поисков уже открыты и разведаны крупные месторождения охр (Рудаевское), бентонитоподобных глин (Щербаковское, Никольское и Рыбаль-чинское), проведены поиски глин для лицевого кирпича в южных районах Воронежской области. Во всех этих работах диссертант принимал непосредственное участие, являлся соавтором отчета о детальной разведке Рудаевского месторождения охр, защищенного в ГКЗ СССР с отличной оценкой. Результаты исследований по песчаным породам, не включенные в диссертацию, опубликованы в четырех статьях.

Апробация работы. Материалы, положенные в основу настоящей работы, освещались в печати и докладывались на ежегодных научных сессиях Воронежского госуниверситета (1975-1996 гг.), на всесоюзных совещаниях: «Глины, глинистые минералы и их использование в народном хозяйстве» (Москва, 1976; Алма-Ата, 1985); «Генезис и ресурсы каолинов и огнеупорных глин» (Москва, 1986); «Рентгенография минерального сырья» (Тбилиси, 1986); на сессиях Северо-Кавказского (Нальчик, 1985) и Львовского (Мукачево, 1982) отделений ВМО. По теме диссертации опубликовано 20 статей и три главы коллективной монографии.

Фактический материал, положенный в основу диссертационной работы, получен в процессе проведения полевых работ в период с 1973 по 1996 годы, заключавшихся в обследовании, описании и опробовании 394 обнажений и карьеров, а также более 1000 погонных метров керна буровых скважин различного назначения. По отобранным образцам и пробам проведены около 800 рентгеновских, 500 гранулометрических, 300 химических, 124 электронномик-роскопических, 37 термических, 280 минералогических (в шлифах - 84 и имер-сии - 196), 327 спектральных анализов, а также 310 различных лабораторно-технологических испытаний. Для составления фациальных карт и разрезов использованы описания более 700 скважин, пробуренных при проведении геоло-

го-съемочных и поисково-разведочных работ, а также результаты анализов, проведенных сторонними организациями.

Все минералогические и электронномикроскопические, подавляющее большинство рентгеновских, гранулометрических, спектральных и термических анализов, частично химические и лабораторно-технологические выполнены в региональной межвузовской лаборатории при ВГУ; прочие - в различных научных и производственных организациях ПГО «Центргеология», «Архан-гельскогеология», Воронежских ЛТИ и ВИСИ, в НИИ КМА (г.Губкин).

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы, включающего 98 наименований. Текст изложен на 120 страницах при общем объеме 197 страниц; текстовые приложения представлены 30 таблицами и 46 рисунками.

Исследования по теме диссертации проводились автором в Проблемной научно-исследовательской лаборатории геологии и минерального сырья ЦЧЭР и на кафедре исторической геологии и палеонтологии Воронежского госуниверситета. На протяжении всего периода исследовательской работы диссертант сотрудничал с геологами геолого-разведочных экспедиций и партий, базирующихся на территории региона, специалистами прочих учреждений, имеющих отношение к данной проблеме. Автор искренне благодарит за всестороннюю помощь, ценные советы и замечания А.П.Кузнецова, И.А.Зубкова,

B.И.Иванова, В.А.Окорокова, С.П.Молоткова, В.И.Аверина, Л.И.Бельчинскую, сотрудников и преподавателей Воронежского государственного университета

C.В.Мануковского, В.А.Устиновского, В.Н.Бурыкина, кандидатов геолого-минералогических наук В.И.Беляева, А.И.Трегуба, Б.В.Глушкова, В.Н.Староверова, А.И.Мизина, докторов геолого-минералогических наук В.П.Семенова, Н.П.Хожаинова, В.И.Сиротина, А.Н.Плаксенко, Г.В.Холмового, Л.Т.Шевыерева. Особую признательность автор выражает научному руководителю доктору геолого-минералогических наук, профессору А.Д.Савко.

ГЛАВА I. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИЗУЧЕННОСТИ ПАЛЕОГЕНОВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ

Начало изучения палеогеновых отложений Воронежской антеклизы относится к середине XIX века. На протяжении полутора столетий проведено огромное количество разноплановых исследований. Очень подробный исторический обзор их сделан В.П.Семеновым в монографии «Палеоген Воронежской антеклизы» [76], где автором выделяются четыре основных этапа. Подводя итог ^ первому из них (1832-1892 гг.) он отмечает, что в это время «было фаунистиче-ски обосновано выделение третичных отложений и заложены основы их стратиграфического расчленения на ярусы». Наиболее важные достижения второго этапа (1893-1917 гг.) - многочисленные описания обнажений и создание поя-русной стратиграфической шкалы - связаны с проведением систематических съемок 10-верстного масштаба, в которых активное участие принимали Н.А.Соколов, П.Я.Армашевский, В.В.Богачев, А.В.Павлов и др. В последующий этап, продолжавшийся до 1945 года, наряду с уточнением стратиграфических схем посредством корреляции выделяемых слоев и пачек в смежных регионах (Г.П.Алферьев, Н.Т.Зонов, Г.П,Леонов, Б.К.Лихарев, С.П.Пантелеев, В.М.Даныпин, Я.М.Коваль, С.Д.Архангельский и др.), большое внимание уде-^ лялось изучению литологии и проведению поисковых работ, в том числе: на фосфориты в Богучарском районе, бурые угли и охры в Кантемировском районе Воронежском области.

Весьма важные результаты в изучении палеогеновых отложений получены за четвертый этап (1945-1965 гг.), когда была проведена полистная геологическая съемка масштаба 1:200 ООО. В работах Г.П.Леонова, А.А.Дубянского, В.П.Семенова, М.Н.Клюшникова и др. обобщен громадный фактический материал по стратиграфии, тектонике, литологии и фациям, палеогеографии, позволявший решать вопросы научного и прогнозного характера. Именно благодаря этим работам был заложен прочный фундамент для проведения дальнейших р- более крупномасштабных и углубленных литолого-фациальных исследований,

позволяющих в значительной мере конткретизировать площади постановки поисковых работ на различные полезные ископаемые, связанные с палеогеновыми отложениями.

Появление исследований, в основу которых заложены детальные минералогические определения пород, в первую очередь с помощью точных методов, открывает следующий (пятый) этап изучения палеогеновых отложений Воронежской антеклизы, который продолжается и в настоящее время. Начало его совпадает с проведением в ряде мест Центрально-Черноземного района геолого-съемочных работ масштаба 1:50 ООО (Молотков С.П. и др., 1962-63; Маслов O.A., 1963-64; Друзев A.M. и др., 1964 и др., Скоморохов А.И. и др., 1973,), позволивших получить и обобщить новый дополнительный материал.

В 1966 году сотрудниками Придонской экспедиции (Н.П,Варнавский, П.А.Агейкина и др.) были завершены работы по составлению карт прогноза полезных ископаемых на основе погоризонтных литологических карт для территории юго-восточной части Воронежской области. Авторами выделены прогнозные площади на глауконит, титан-циркониевое сырье и песчаники в канев-ско-бучакских отложениях, на формовочные бентонитовые глины в киевских и титан-циркониевые россыпи в полтавских образованиях.

Несколько позже аналогичные работы были осуществлены по отложениям кайнозоя Белгородской области (А.П.Кузнецов и Л.М.Губина, 1974), в результате которых на основе литолого-фациальных карт масштаба 1:200000 выделены перспективные участки на поиски охр, бентонитоподобных и кремнистых глин в отложениях киевской свиты, стекольных и закладочных песков в бучак-ских отложениях, титан-циркониевых минералов в песках полтавской серии. Вместе с тем из-за крайне ограниченного количества аналитических определений не удалось получить достаточно ясные представления о характере изменения минерального состава пород, особенно глинистых по разрезу и площади .

Для территории Курской области составлены кадастр месторождений и карты разведанности полезных ископаемых по состоянию на начало 1964 г. (Фоминский В.И., Пугач В.И. и др).

С 1974 по 1978 г. на территории региона «Бентонитовым» отрядом Московской геолого-геофизической экспедиции проводились работы по поискам бентонитовых разностей глин в отложениях киевской свиты палеогена. Возглавлявшая эти работы С.А.Калуцкая выделила в разрезе киевской глинистой толщи 4 литологических типа глин, различающихся технологическими свойствами. Обнаружив в монтмориллонитовых разностях глин цеолиты, а среди неогеновых образований прослои пеплов, она пришла к выводу о вулканогенно-осадочном генезисе монтмориллонита и цеолитов в отложениях киевской свиты. На основе детального изучения строения разрезов угленосной пасековской толщи С.А.Калуцкая предложила отнести ее к нижнему олигоцену, а залегающие выше алевриты кантемировской свиты В.П.Семенова [76] были обособлены в самостоятельные "слои", получившие название "лебедевские". Оставшаяся часть кантемировской свиты названа "митрофановскими слоями". Весь этот комплекс отложений рассматривался в объеме харьковской свиты.

В дальнейшем эти представления развивались и обосновывались Ю.И.Иосифовой и Е.А. Шулешкиной. В настоящее время для территории Воронежской антеклизы и прилегающих районов ими предложена стратиграфическая схема позднего эоцена и олигоцена [29], в которой выделяются : дерезов-ская свита (верхний эоцен), сложенная опоковидными и алевритовыми глинами; пасековская и кантемировская свиты (верхний олигоцен). Пасековская свита подразделяется на две подсвиты: нижнюю - буроугольную и верхнюю -алевритовую. Эта схема позволила авторам удачно объяснить генезис пасеков-ских углей, с�